南水北調工程輸水渡槽止水結構形式及修復方法

張 敏，羅小斌，李二明

(1. 南水北調中線干線工程建設管理局渠首分局，河南 南陽 474150； 2. 武漢水務科學研究院，湖北 武漢 430010)

渡槽通常是在跨越河流、溝渠、公路或鐵路時修建的過水橋，是渠系建筑物應用最廣泛的交叉建筑物之一。作為特大型輸水工程的南水北調中線一期工程總干渠共建有27座大型渡槽，設計過流能力在350～420 m3/s，槽身結構形式有矩形和U形兩大類，渡槽每節之間及槽身與上下游連接段之間伸縮縫采用紫銅止水或橡膠止水防滲漏，經過多年運行，渡槽伸縮縫處時?？梢婁窈蜐B水現象，本文主要以刁河梁式矩形渡槽為例，就渡槽伸縮縫止水更換進行探討。

1 原止水結構形式

刁河渡槽原設計止水結構形式主要有兩種：可更換壓板式橡膠止水結構和埋入式紫銅止水結構[1]，單根止水帶長度25 m，其中，壓板式橡膠止水結構分布在渡槽節與節之間伸縮縫，埋入式紫銅止水結構主要設置在槽身與上下游連接段之間伸縮縫，具體結構形式見圖1。

圖1 壓板式橡膠止水結構圖

2 滲漏原因分析

渡槽伸縮縫止水運行初期未出現洇濕和滲水現象，主要是經過長時間運行導致止水周邊環境條件發生變化而出現洇濕和滲水現象，究其原因主要有以下幾點：

1)止水帶處混凝土澆筑不密實或混凝土的泌水收縮形成微間隙造成滲漏，尤其是紫銅片止水，伸縮縫處鋼筋相對較密，紫銅片下部的混凝土難以振搗密實極易造成紫銅片與混凝土結合面形成微小空隙，產生滲流通道；

2)相鄰結構由于出現較大沉降差造成止水帶撕裂或止水帶錨固松脫引起滲漏，盡管在止水設計時考慮了后澆帶及沉降差，但相鄰結構荷載不同或地基承載力不同，沉降量一般也不同，小的沉降差一般不會對止水結構產生危害，因為止水結構本身有一定的變形適應能力(如紫銅片水平止水可適應10 cm的沉降差)；

3)橡膠止水帶老化失效造成滲漏，這種情況一般在經過長時間運行的渡槽中比較常見，pH值、溫度、紫外線等因素均會對止水帶的性能產生不利影響，因此嚴格按照設計標準選用合格原材料顯得至關重要。

3 伸縮縫止水修復

渡槽止水修復施工前需將渡槽內水體排空，形成干地施工條件，以確保止水修復達到預期效果。由于總干渠常年不間斷輸水，很難具備干地施工條件，一般在每年12月至次年2月總干渠輸水流量相對較小時檢修。

3.1 壓板式橡膠止水修復

1)原止水結構拆除。原止水結構通常由橡膠面板、橡膠蓋帽、高強螺栓、止水壓塊(角鋼)、柔性粘結材料及止水帶等組成[2]，拆除作業時按照竣工圖示及現場實際情況，將原止水結構逐塊分解剝離直至露出原預留槽，拆除松動的螺栓，清除粘附的雜物及粉塵。

2)混凝土缺陷處理。對于預留槽內的混凝土缺陷，應對舊混凝土界面進行嚴格清理，鑿除松動混凝土露出粗骨料形成凸凹面，沖洗干凈待干燥后用JME改性環氧樹脂砂漿填充密實，確保加固補強效果；對于鋼板下部空洞，可采用超聲波檢測儀定位，在空洞部位采用手電鉆打孔后注入粘鋼膠。

3)預埋鋼板表面處理及螺栓安裝。預埋鋼板表面在原止水帶安裝時涂刷過粘結劑，需用角磨機將其打磨光亮，徹底去除覆蓋層并將鋼板表面磨平[3]。預埋螺栓經拆除處理后局部還需要重新植筋，植筋采用高強不銹鋼螺栓，植入前可用棉紗沾丙酮清洗孔壁和螺栓，待孔內干燥后將預調好的結構膠注入植筋孔洞，注膠量需大于孔深的2/3，確保螺栓植入后填滿孔洞[4]。

4)界面劑涂刷及止水帶安裝。界面劑涂刷前將預留槽及預埋鋼板表面殘留的粉塵清理，然后用棉紗沾丙酮將表面擦拭干凈，待完全干燥后方可涂刷界面劑。界面劑通常采用HSL環氧粘接劑，用抹刀將其均勻涂抹在預埋鋼板表面，涂抹厚度一般2～4 mm。

止水帶根據現場安裝長度和結構形式直接采用廠家定制，新止水帶各項尺寸均與原設計止水帶保持一致，厚度約8 mm，安裝前需根據預留槽內螺栓布置情況放樣打孔，誤差控制在5 mm以內。打孔后用角磨機對止水帶貼合面進行打磨清理，用抹刀將調配好的粘結劑涂在止水帶貼合面上，然后用木錘敲擊止水帶使其緊貼于預埋鋼板，粘貼好后立即用角鋼及預埋螺栓等固定，并適當加壓使粘結劑從橡膠止水帶邊緣擠出，粘結劑固化前不得對止水帶有任何擾動。

5)安裝槽鋼壓板。止水帶壓板采用5號槽鋼，并截去10 mm腿形成。壓板由圓弧段和直線型段組成，可根據現場實際情況取分段長度。圓弧段壓板加工時約每150 mm間距在槽鋼腿部切割寬約4 mm的縫，按照槽底圓弧直徑在放樣弧線上進行彎曲處理并按照鋼板基座螺栓孔間距鉆16 mm的孔。在壓板與止水帶的粘貼面上涂刷厚2～3 mm粘結劑，然后使用墊片和螺帽固定槽鋼，并用槽鋼將止水帶逐段壓實。

6)封閉止水結構。止水帶安裝完畢后采用M40丙乳砂漿回填封閉[5]，灰砂比為1∶1.2，丙乳摻量為15%，采用P.O42.5水泥。丙乳砂漿按配合比稱量配制，用攪拌機拌和均勻后使用。丙乳砂漿攤鋪完畢后，向一個方向抹平，操作速度要快，要求一次用力抹平，避免反復抹面，如遇氣泡要挑破壓緊，保證表面密實。丙乳砂漿抹面收光、潮濕養護7 d后，自然養護21 d。

7)結構縫兩側封閉處理。在結構縫兩側各1 m范圍內表面采取SK手刮聚脲進行封閉處理[6]，處理前用角磨機對混凝土表面進行打磨，清除原水泥基涂層，待表面清理干凈后用高強找平膩子修補，找平材料固化后再打磨、清洗，直至混凝土表面平整、結實、無孔洞，表面誤差控制在2 mm以內。聚脲刮涂施工前先在混凝土表面涂刷環氧底漆，增強聚脲與混凝土面的粘結力，防止出現鼓包、損壞、剝落等現象，最后進行手刮聚脲施工。SK手刮聚脲采用單組分防滲性無毒聚脲，刮涂厚度為2 mm，分三遍刮涂，每遍刮涂厚度分別為0.5、0.8、0.7 mm厚。SK手刮聚脲涂層厚度要均勻，涂刷一次成型，刮涂完成后及時做好成品防護，常溫養護12 h即可，低溫需采取保溫措施，如搭設保溫棚等。

壓板式橡膠止水修復后結構見圖2。

圖2 壓板式止水修復后結構示意圖

3.2 埋入式紫銅止水修復

埋入式紫銅片止水在建筑物混凝土施工時采用預埋方式隨混凝土一并澆筑成型，后期拆除更換成本大、周期長，不利于結構穩定，且施工質量也難以保證，維護時一般采用外貼式防滲處理，主要施工工藝如下。

1)結構縫開槽及清理。先使用風鎬在結構縫處開一個梯形槽，上沿開口寬度34 cm，底寬28 cm，坡度1∶1，深度不小于3 cm，具體深度以處理完成后結構縫部位不高于槽身內表面混凝土表面為宜，必要時可鑿出鋼筋并將其向內折彎。開槽后將結構縫內部的密封膠清除，并清除縫內的閉孔泡沫板填料約15 cm(清理至銅止水為止)，同時使用高壓水槍將鑿除的混凝土、碎屑、粉塵等清理干凈。待基面干燥后用環氧砂漿將基面修補平整，完全固化后用角磨機打磨表面并清理干凈。

2)化學錨栓植入。采用手電鉆按間距10～15 cm打孔，植入直徑10 mm化學錨栓，植入深度不小于12 cm，要求錨栓必須垂直于混凝土面，且間距一致。植入前需將孔內粉塵利用壓縮空氣清理干凈，確定孔內無灰塵與明水后植入。使用電鉆或專用安裝夾具，將錨栓強力旋轉插入直至孔底，不得采用沖擊方式，當旋至孔底或螺栓上標志位置時，立刻停止旋轉，取下安裝夾具，凝膠后至完全固化前避免擾動(旋轉時間不應超過30 s，轉速不應低于300 r/min，不大于750 r/min，螺栓推進速度約為2 cm/s)。

3)嵌填SR柔性填料。在梯形槽內部、結構縫的頂部涂刷一層HSL環氧粘接劑，待粘接劑涂刷完畢后，嵌填SR柔性填料[7]，確保嵌填密實，柔性填料填成鼓包形式，鼓包高度為2 cm，鼓包寬度為10 cm。

4)粘貼柔性蓋片。在鼓包表層涂刷一層HSL環氧粘接劑，然后鋪設SR橡膠蓋片，厚度6 mm。

5)鋪設不銹鋼角鋼及封邊處理。在鼓包兩側沿垂直水流方向通長布設∠45×28×4不銹鋼角鋼，不銹鋼角鋼固定完畢后，對所有可能存在滲漏通道的部位涂刷水下密封膠封邊，包括蓋片邊緣、不銹鋼角鋼邊緣、膨脹螺栓邊緣等部位，并在角鋼與梯形槽之間涂抹環氧砂漿。

6)結構縫兩側封閉處理。處理完成后，對梯形槽可采用鋁合金或不銹鋼板進行封閉，保證過流平順，修復效果圖見圖3。

圖3 紫銅止水修復后結構示意圖

4 結 語

止水帶廣泛應用于南水北調中線干線工程輸水建筑物的接縫處，經過長時間的通水運行不可避免發生洇濕和滲水現象，如何減少因工程維修而停水所造成的經濟損失和快速高效解決滲水問題，一直是在運行管理過程中所探討的問題，只有降低維修頻次、縮短維修時間，才能把小流量通水或停水檢修的影響降至最低。工程經驗表明止水帶施工的關鍵點在于止水帶的質量、止水帶與混凝土基面的結合程度以及錨固螺栓的錨固力，減少滲漏通道和縮短滲徑，本文所述止水帶維修方法在總干渠沿線多個渡槽上運用，均取得了較好的效果，不但節省了施工時間，降低了維修成本，而且提高了施工質量，可操作性強，為今后水工建筑物結構縫止水設計、施工和維護提供參考。